控制传动系统的方法及相应控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于控制机动车辆的传动系统的方法，所述传动系统包括具有转子和定子的电动机，包括采用电动机的控制信号()来调节转子和定子中的电流(Ia，Iq，I/)，使得它们符合参考电流值(Ic/)。将被要调节的电流(Ia，Iq，L)以及控制信号()在包括多个轴(d，g，/)的旋转参照系中进行表示，所述控制信号()从包括可以沿着所述多个轴的每个轴的调节进行动态解耦的变量改变的变换中得到。对于多个轴(d，q，f)的每个轴，上述的调节包括依据所述轴将要被调节的电流(Ia，Iq，I/)的值相对于其参考值(Ic/)的变化向该轴将要被调节的有关电流(Ia，Iq，I/)施加(4，5)两个不同的线性算符(OP1d，OP2d，OP1q，OP2q，OP1f，OP2f)，施加两个线性算符(OP1d，OP2d，OP1q，OP2q，OP1f，OP2f)的结果必须基本等于该轴的控制信号()。
【专利说明】控制传动系统的方法及相应控制系统
【技术领域】
[0001] 本发明的【技术领域】为电动机的控制，并且具体涉及绕线式转子同步电动机的控 制。
【背景技术】
[0002] 绕线式转子同步电动机包括称作定子的固定部以及称作转子的运动部。定子包括 偏置120度并供有交流电的三个线圈。转子包括供有直流电的一个线圈。定子的相电流取 决于转子以及定子的电阻和电感，还取决于转子和定子之间的互感。
[0003] 这种系统的控制一般使用PI (比例积分）型校正器。文献EP1341293中提供了使 用该类型校正器的一个示例。
[0004] 在这种情况下，在期望具有快速系统时该类校正器呈现了显著的不稳定问题。为 了避免不稳定问题，根据现有技术已知的是按照确保稳定裕度的方式来计算这些校正器的 参数。为了得到更稳定的系统，已知的是增加这些稳定性裕度并且因此降低校正器的性能。
[0005] 在现有技术中已知的还有，可以使用除比例积分校正器以外的其他校正器。非使 用比例积分校正器的校正器例子在文献US5, 015, 937中进行了描述，其描述了使用数据表 对绕线式转子同步电机进行开环控制。另一个非使用比例积分校正器的校正器例子在文献 EP0702451中进行了描述，其描述了永磁同步电机响应于电动机负载变化进行的速度控制。
[0006] 这样一来，这些系统都不适用于电动车辆领域，在电动车辆领域中，电动机的速度 是可变的并且要作为干扰因素来进行考虑。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提高绕线式转子同步电动机的调节的稳定性的同时不降低校 正器的性能。
[0008] 另一目的为承受速度变化并且保持电流在其需求值上的调节，这使得有可能控制 由机器提供的扭矩，即使是在可变速度下。
[0009] 因此，提出了一种不使用比例积分控制器来控制传动系的控制器和控制方法。
[0010] 本发明因此涉及一种用于控制传动系统的方法，该传动系统配备给机动车辆并且 包括具有转子和定子的电动机，该方法包括使用电动机的控制信号来调节转子和定子中的 电流，使得它们达到所需要的电流值，所述要被调节的电流以及所述控制信号表示在包括 多个轴的旋转坐标系中，所述控制信号由包括变量改变的变换中得到，所述变量改变允许 沿着所述多个轴的每个轴的调节进行动态解耦。
[0011] 根据一般特征，该调节包括，对于所述多个轴的每一个轴，依据该轴要被调节的电 流值相对于其需求值的变化向该轴要被调节的电流施加两个不同的线性算符，施加两个线 性算符的结果必须基本等于该轴的控制信号。
[0012] 这样就可以在所有情形下确保电流导数相对于需求值具有正确的符号。可以获得 总是向着它们被需求的值移动的电流。
[0013] 根据一个特征，对于每个轴，两个线性算符还包括附加变量的加入，所述附加变量 随两个线性算符的变化而不同，当正在进行的该轴电流低于其需求值时，所应用的线性算 符使用较高的附加变量，当正在进行的该轴电流高于其需求值时，所应用的线性算符使用 较低的附加变量。
[0014] 因此，该调节并不必需要复杂的算符；两个算符之间的不同通常仅仅是由该附加 变量引起。
[0015] 根据另一特征，对于每个轴，两个算符对应于正在进行的该轴电流调节方程，较高 或者较低的附加变量分别对应于所述调节方程的分量的最大和最小值，其为所述分量参数 变化的特定范围，该调节方程的所述分量可添加至正在进行的该轴电流和其需求值之间的 差上。
[0016] 因为总是考虑到最坏的情况，所以该调节较快。不再需要估计平均参数而仅仅设 置后者的极限值，这样简单得多。此外，与不考虑参数传播的常规调节器相比，还可确保更 高的稳定性。因此有可能确保当机器的实际参数在已被选择的范围内时进行有效地控制。
[0017] 根据又一附加特征，对于每个轴，所述两个线性算符包括将电动机沿着正在进行 的轴的电感值与取决于正在进行的轴的常数以及沿着正在进行的轴要进行调节的电流及 其需求值之间的差相乘。
[0018] 所述算符可由在派克坐标系中描述电动机操作的调节方程直接得到。
[0019] 根据一种实施方式，所述调节包括，对于每个轴，当沿着该轴要被调节的电流足够 接近其需求值时，施加第三线性算符，该第三线性算符包括取决于沿着正在进行的轴要进 行调节的电流与其需求值之间的差加入附加变量。
[0020] 这样，当电流足够接近其需求值时执行了平滑控制，从而消除了由于连续使用两 个算符所导致的振荡。
[0021] 根据一个特征，对于给定插值窗口，第三线性算符的附加变量通过在较高的附加 变量和较低的附加变量之间执行插值而确定。
[0022] 因此，第三算符的附加变量在从第一到第三算符的变化过程中或者在从第二到第 三算符的变化过程中连续变化。
[0023] 本发明还涉及一种控制传动系统的系统，该传动系统配备给机动车辆并包括设有 转子和定子的电动机，该系统包括采用电动机的控制信号调节转子以及定子中的电流以使 得它们达到期望电流值的装置，所述要被调节的电流以及所述控制信号表示在包括多个轴 的旋转坐标系中，所述控制信号由包括变量改变的变换中得到，所述变量改变允许沿着所 述多个轴的每个轴的调节进行动态解耦。
[0024] 根据一般特征，对于所述多个轴的每个轴，所述调节装置包括，将第一线性算符施 加给该轴上要被调节的电流的装置，将第二线性算符施加给该轴上要被调节的电流的装 置，将该轴要被调节的电流的值与其需求值相比较的装置，以及用于依据那个轴要被调节 的电流的值相对于其需求值的变化来启动施加第一算符的装置或施加第二线性算符的装 置的管理装置，施加两个线性算符的结果是其基本等于该轴的控制信号。
[0025] 根据一个特征，对于每个轴，这两个线性算符包括附加变量的加入，所述附加变量 随两个线性算符的变化而不同，较高的附加变量可在正在进行的该轴电流低于其需求值时 由所施加的线性算符使用，较低的附加变量可在正在进行的该轴电流高于其需求值时由所 施加的线性算符使用。
[0026] 根据另一特征，对于每个轴，这两个算符对应于正在进行的该轴电流的调节方程， 较高以及较低的附加变量分别对应于所述调节方程分量对于所述分量参数变量的特定范 围内的最大和最小值，所述调节方程的分量加入到正在进行的该轴电流和其需求值之间的 差上。
[0027] 根据又一个附加特征，对于每个轴，这两个线性算符包括将电动机的沿着正在进 行的轴的电感值、取决于正在进行的轴的常数以及沿着正在进行的轴要进行调节的电流及 其需求值之间的差相乘。
[0028] 根据一个实施例，对于每个轴，调节装置包括施加第三线性算符的装置，所述施加 第三线性算符的装置能够将包括附加了附加变量的第三线性算符施加给沿着该轴的电流， 所述附加变量取决于沿着该轴的电流及其需求值之间的差，并且管理装置被配置为，当沿 着该轴要被调节的电流足够接近其需求值时，启动施加第三线性算符的装置。
[0029] 根据一个特征，对于给定的插值窗口，通过在较高附加变量和较低附加变量之间 执行插值可以确定第三线性算符的附加变量。
【专利附图】
【附图说明】
[0030] 通过阅读下列描述、单独给出的关于附图的非限定性示例，其它的目的、特点和优 点将更加清楚，其中：
[0031] 图1不出了一种用于控制电气传动系统的方法；
[0032] 图2示出了图1所示的方法的结果；
[0033] 图3示出了算符的实施例；
[0034] 图4不出了另一种用于控制电气传动系统的方法；
[0035] 图5示出了图4所示控制方法的结果；以及
[0036] 图6示出了使用图4所示方法的控制系统。
【具体实施方式】
[0037]为了向包括具有定子和转子的同步电动机并配备给车辆的传动系统提供调节，使 用可以表达例如与同步电动机情形中的转子关联的旋转坐标系中电气值的派克坐标系。该 坐标系包括三个轴：d、q和f。d轴和q轴与定子相关，f轴与转子相关。
[0038] 电动机的控制信号Vd、Vq、Vf以及所施加的电流的需求值Id、Iq、If对应于控制 信号和电流分别沿着d、q、f轴的分量。
[0039] 在派克坐标系中，包括同步电动机的传动系统由下面的方程控制： dl, dlf
[0040] Vd=Rs-Id+Ld- - + Mf · - - ωΓ -Lq-Iq [0041 ] Vq=Rs.Iq+Lq--^ + a,.(Ld Id+Mf-Il)
[0042] Vf - Rf - If +Lf-+ a Mf --y-(方程式 1) 1 } 1 ' dt dt
[0043] 其中：
[0044] Ld是d轴上的等效电枢电感。
[0045] Lq是q轴上的等效电枢电感。
[0046] Lf是转子电感。
[0047] Rs是定子绕组的等效电阻。
[0048] Rf是转子电阻。
[0049] Mf是定子和转子之间的互感。
[0050] 1(1是(1轴上的电流。
[0051] 一是口轴上的电流。
[0052] 乙是€轴上的电流。
[0053] 是机器的磁场转速（如果此为同步机器的话，等于转子转速乘以机器的极对 数）（单位rad/s)
[0054] Vd是电动机沿着d轴的控制信号。
[0055] Vq是电动机沿着q轴的控制信号。
[0056] Vf是电动机沿着f轴的控制信号。
[0057] α是系数，优选地，α = 3/2。
[0058] 这种类型的系统控制表现出来的主要困难是由于d轴和f轴之间的动态耦合造成 的。
[0059] 为了避免d轴和f轴之间的动态耦合，提供变量的变化：
【权利要求】
1. 一种用于控制传动系统的方法，所述传动系统配备给机动车辆并包括具有转子和定 子的电动机，所述方法包括采用电动机的控制信号（6，&)来调节转子和定子中的 电流（I d，I,，If)，使得它们达到需求电流值（<，Icq，< )，所述要被调节的电流（Id， I,，If)以及所述控制信号（6，巧，匕）在包括多个轴（d，q，f)的旋转坐标系中进行表 示，所述控制信号（6，6，6)从包括允许沿着所述多个轴的每个轴进行调节的动态 解耦的变量改变的变换中得到， 其特征在于：对于所述多个轴（d，q，f)的每个轴，所述调节包括依据该轴将要被调节 的电流（id，iq，if)的值相对其需求值（4，icq ? #)的变化向该轴将要被调节的电流 (Id，Iq，If)施加（4,5)两个不同的线性算符（OPld，0P2d，OPlq，0P2q，OPlf，0P2f)，施加 两个线性算符（OPld，0P2d，OPlq，0P2q，OPlf，0P2f)的结果必须基本等于该轴的控制信号 (K, K,歹山
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于每个轴，所述两个线性算符包括加入附 加变量（4+，尤），所述附加变量随两个线性算符（OPld，0P2d，OPlq，0P2q，OPlf，0P2f) 的变化而不同，当正在进行的轴电流（Id，I,，If)低于其需求值，icq，< )时，所施 加的线性算符使用较高的附加变量（<)，当正在进行的轴电流（Id，I,，If)高于其需求值 (<，<，# )时，所施加的线性算符采用较低的附加变量（乂;）。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，对于每个轴（d，q，f)，两个算符（OPld， 0P2d，OPlq，0P2q，OPlf，0P2f)对应于正在进行的轴电流调节方程，较高和较低的附加变 量（4+， 分别对应于所述调节方程分量在所述分量的参数的特定变化范围内的最 大和最小值，调节方程的所述分量加入到正在进行的轴电流（I d，I,，If)和其需求值（4， <，<)之间的差上。
4. 如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，对于每个轴，所述两个线性算符（OPld， 0P2d，OPlq，0P2q，OPlf，0P2f)包括将电动机沿着正在进行的轴的电感值（L d，Lq，Lf)与取 决于正在进行的轴的常数以及沿着正在进行的该轴要被调节的电流（I d，I,，If)和其需求值 (<，<，巧）之间的差相乘。
5. 如权利要求2到4任一项所述的方法，其特征在于，所述调节包括，对于每个轴，当 沿着该轴要被调节的电流足够接近（21)其需求值时，施加（6)包括加入附加变量 )的第三线性算符（〇P3d，0P3q，0P3f)，所述附加变量取决于沿着正在进行的轴中要被调节 的电流（Id，I,，If)和其需求值（心，<，< )之间的差。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，第三线性算符（0P3d，0P3q，0P3f)的附加变 量通过对于给定的插值窗口（ε χ)，在较高附加变量（4+)和较低附加变量（<：)之间执 行插值而确定。
7. -种用于控制传动系统的系统，该传动系统配备给机动车辆并包括具有转子和定子 的电动机，所述系统包括采用电动机的控制信号（?，Κ，&)调节转子和定子的电流（I d， I,，If)使得其达到需求电流值（4，<，# )的装置，将被要调节的电流（Id，I,，If)以及 所述控制信号（& 6 )在包括多个轴（d，q，f)的旋转坐标系中进行表示，所述控制 信号（6，巧，&)从包括允许沿着所述多个轴的每个轴进行调节的动态解耦的变量改 变的变换中得到， 其特征在于：对于所述多个轴（d，q，f)的每个轴，所述调节装置（MR)包括向该轴将要 被调节的电流（Id，Iq，If)施加第一线性算符的装置（M_OPld，M_OPlq，M_OPlf)，向该轴要被 调节的电流（I d，Iq，If)施加第二线性算符的装置（M_0P2d，M_0P2q，M_0P2f)，将该轴要被调 节的电流（I d，Iq，If)和其需求值（4，<，巧）进行比较的装置（MCd，MCq，MCf)，以及 用于依据该轴将要被调节的电流（I d，I,，If)的值相对于其需求值（<，<，巧）的变 化而启动施加第一线性算符的装置（M_OPld，M_OPlq，M_OPlf)或者施加第二线性算符的装 置（]\1_0?2(1，]\1_0?29，]\1_0?2〇的管理装置（]\^(1，]\?^，]\?^)，施加两个线性算符（0?1(1，0?2(1， OPlq，0P2q，OPlf，0P2f)的结果必须基本等于该轴的控制信号（6，Fg , Vf) 0
8. 如权利要求7所述的系统，其特征在于：对于每个轴，所述两个线性算符包括附加 变量（4+，)的加入，所述附加变量随两个线性算符（〇Pld，0P2d，OPlq，0P2q，OPlf， 〇P2f)的变化而不同，当正在进行的轴电流（I d，Iq，If)低于其需求值，lCq，<)时， 所施加的线性算符采用较高的附加变量（<)，当正在进行的轴电流（I d，I,，If)高于其需 求值（<，<，< )时，所施加的线性算符采用较低的附加变量（$)。
9. 如权利要求8所述的系统，其特征在于，对于每个轴，所述两个算符（OPld，0P2d， OPlq，0P2q，OPlf，0P2f)对应于正在进行的轴电流调节方程，较高和较低的附加变量 (A：,尤）分别对应于所述调节方程的分量在所述分量的参数的特定变化范围内的 最大和最小值，调节方程的所述分量加入到正在进行的轴电流（I d，I,，If)和其需求值 (4，<，<)之间的差上。
10. 如权利要求8或9所述的系统，其特征在于，对于每个轴，所述两个线性算符包括将 电动机沿着正在进行的轴的电感值（Ld，L,，L f)、取决于正在进行的轴常数以及沿着正在进 行的该轴要被调节的电流（Id，I,，I f)和其需求值（4，<，<)之间的差相乘。
11. 如权利要求8到10任一项所述的系统，其特征在于，对于每个轴，调节装置包括能 施加第三线性算符（0P3d，0P3q，0P3f)至沿所述轴的电流（I d，Iq，If)的装置（M_0P3d，M_ 0P3q，M_0P3f)，所述第三线性算符（0P3d，0P3q，0P3f)包括加入附加变量（)，所述附 加变量取决于沿着所述轴的电流（I d，I,，If)和其需求值（<，<，4 )之间的差，并且 所述管理装置（MGd，MGq，MGf)被配置为当沿着所述轴要被调节的电流（Id，I q，If)足够接近 其需求值（4，<，# )时，启动施加第三线性算符的装置（M_0P3d，M_0P3q，M_0P3f)。
12. 如权利要求11所述的系统，其特征在于，对于给定的插值窗口（εχ)，第三线性算 符的附加变量通过在较高附加变量（4+)和较低附加变量（乂之间执行插值 而确定。
【文档编号】H02P21/06GK104094518SQ201280057595
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2012年11月20日 优先权日:2011年11月22日
【发明者】L·梅里耶纳, A·马卢姆 申请人:雷诺股份公司